Untersuchungen zur Düngewirkung von Gärrückständen unter besonderer Berücksichtigung von NH₃- und NO₃^--Verlusten

Abstract

Bei der Erzeugung von Biogas entsteht als stoffliches Endprodukt der Gärrückstand, der zur Nährstoffversorgung unterschiedlicher Kulturpflanzen eingesetzt werden kann. Die Vergärung sowie Art und Menge der beigemischten Kosubstrate haben Einfluss auf die stoffliche Zusammensetzung dieser Wirtschaftsdünger. Dies kann die pflanzenbauliche Wirkung verändern. So wird durch den erhöhten Anteil an mineralischem N einerseits eine bessere Düngewirkung prognostiziert, andererseits vergrößert eine Erhöhung von pH-Wert und NH₄-N Anteil im Substrat das Risiko von NH₃-Emissionen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Auswirkungen der Kofermentation auf die pflanzenbaulichen Eigenschaften der Düngersubstrate untersucht. Neben der Ertragswirkung wurden NH₃-Emissionen und NO₃^--Verlagerung beim Einsatz von Gärrückständen und unvergorener Gülle miteinander verglichen.<br /> Neben den NH₃-Emissionen nach Ausbringung stellen die Emissionen aus der Lagerung eine erhebliche Verlustquelle dar. Es wurde eine Methode entwickelt, um diese kostengünstig und zuverlässig erfassen zu können. Im Rahmen einer Überprüfung der Methode konnten NH₃-Quellstärken zufrieden stellend detektiert werden. Die Wiederfindungsrate bei Ausgasung eines Standards lag bei 86%. Bei NH₃-Emissionsmessungen an einem offenen Lager wurden kumulierte Tagesemissionen zwischen 4,0 g m^-2d^-1 und 6,9 g m^-2d^-1 gemessen.<br /> Im Feldversuch wurden die NH₃-Emissionen nach Applikation von unterschiedlichen Gärrückständen und Gülle erfasst. Hier zeigten sich keine signifikanten Unterschiede der NH₃-Emissionen zwischen Gärrückständen und Rohgülle. Die NH₃-Emissionen lagen zwischen 14% und 67% der ausgebrachten NH4-Menge, wobei ein Zusammenhang zu TM und pH-Wert deutlich wurde. Durch Ansäuern des Gärrückstandes konnten die NH₃-Emissionen signifikant verringert werden.<br /> Ein Effekt der Vergärung auf die NO₃^--Verlagerung konnte nicht nachgewiesen werden. Die NO₃^-- Austräge nach Applikation von Gärrückstand und Rohgülle zeigten eine hohe räumliche Variabilität und unterlagen deutlichen saisonalen Schwankungen.<br /> Ein Einfluss der Vergärung auf die Düngewirkung wurde sowohl im Freiland als auch in Gefäßversuchen untersucht. Erträge, Ertragsparameter und N-Wirkung nach Applikation der Gärrückstände zeigten keine signifikanten Unterschiede zur Rohgülle. Ein höherer NH4- N Anteil im Substrat war kein maßgeblicher Parameter für eine bessere N-Ausnutzung. Für die N-Wirkung der Substrate war in dieser Untersuchung nicht die Bindungsform des Stickstoffs, sondern die Menge des applizierten Gesamtstickstoffs maßgeblich.<br /> Insgesamt zeigten die Gärrückstände hinsichtlich ihrer pflanzenbaulichen Wirkung keine deutlichen Unterschiede zu unvergorener Gülle. Bedingt durch unterschiedliche Substrateigenschaften variierten die verwendeten Gärrückstände jedoch teilweise deutlich voneinander. Es empfiehlt sich eine Nährstoffanalyse vor dem Einsatz auf dem Feld.

<strong>Studies on the fertilizer value of biogas effluent with regard to NH₃- and NO₃^-- losses</strong><br /> Biogas effluent is an additional end product of biogas production and can be used as a nutrient source for a variety of crops. Fermentation itself as well as the type and amount of co-substrates used change the chemical and physical properties of the effluent. This can influence its horticultural effects. Due to increased contents of mineral N in the effluent an improved fertilizer value is predicted. However, high pH and total ammonia nitrogen (TAN) contents in the substrate may increase the risk of NH₃ volatilization. Therefore, it was investigated how co-fermentation influences the horticultural properties of the fertilizer. The fertilizer value of fermented and unfermented slurry was compared and NH₃ volatilization as well as NO₃^- leaching were measured.<br /> In addition to spreading, storage is also an important source of NH₃ losses. Therefore a cost-effective and reliable method to estimate NH₃ volatilization during storage was developed. The validation of the method with a known NH₃ source showed an adequate detection rate. The recovery of a released standard was 86%. Cumulative NH₃ volatilization from open slurry storage ranged from 4,0 g m^-2d^-1 to 6,9 g m^-2d^-1.<br /> Ammonia volatilization after spreading different fermented slurries and unfermented slurry was investigated in a field trial. Losses from fermented and unfermented slurry were not significantly different. NH₃ volatilization ranged from 14% to 67% of applied NH₄, the emissions correlated with dry matter and pH. Acidification of the biogas effluent reduced emissions significantly.<br /> The influence of fermentation on NO₃^- leaching was measured in field and greenhouse trials. NO₃^- leaching from fermented and unfermented slurry did not differ significantly. NO₃^- leaching after application showed high spatial variability as well as strong seasonal variation.<br /> The fertilizer value of fermented and unfermented slurry was measured in field and pot experiments. Yield and N-uptake were not significantly different. A higher TAN content in the substrate did not turn out to be a relevant parameter for improved N utilization but instead the amount of applied nitrogen.<br /> Regarding horticultural effects there were no differences between fermented and unfermented slurry. Due to the different co-substrates used in fermentation, the biogas effluents partly varied from each other. A nutrient analysis before fertilization is recommended.